Undersøkelse av varmetap ved Grong barneskole

Transkript

1 Undersøkelse av varmetap ved Grong barneskole Audun Bull Kristiansen Master i energi og miljø Oppgaven levert: Juni 010 Hovedveileder: Per Olaf Tjelflaat, EPT Norges teknisk-naturvitenskapelige universitet Institutt for energi- og prosessteknikk

2

3 Oppgavetekst 1. Lag en oversikt, med basis i tidligere undersøkelser, over hvilke deler av bygningen og tekniske installasjoner hvor det er et forbedringspotensiale.. Foreta en detaljert undersøkelse av bygningen og av tekniske installasjoner ved hjelp av IRkamera, helst under vindstille og kalde vinterforhold. Bildene skal analyseres, sammenlignes og diskuteres med resultatene fra tidligere undersøkelser. Beregninger bør også benyttes i denne prosessen. 3. Med basis i tidligere og egne undersøkelser skal det foreslås enøktiltak for byggets eier, og det skal gis råd velegnet for de som har planer om lignende bygninger med hybrid ventilasjon. Her må de nyeste byggeforskriftene trekkes inn i vurderingen og rådgivningen. Oppgaven gitt: 6. januar 010 Hovedveileder: Per Olaf Tjelflaat, EPT

4

5

6

7 Norges teknisknaturvitenskapelige universitet NTNU Fakultet for ingeniørvitenskap og teknologi Institutt for energi- og prosessteknikk MASTEROPPGAVE av Student Audun Bull Kristiansen Våren 010 Undersøkelse av varmetap ved Grong barneskole Investigation of Heat Losses at Grong Primary School Building i

8 Sammendrag I Undersøkelse av varmetap ved Grong barneskole er fasadene termografert utvendig og innvendig for å avdekke kuldebroer og infiltrasjon. Termograferingen ble foretatt uten å trykksette bygget. Årsaken til at termografering ble valgt som metode, er at det gir en rask oversikt over temperaturforskjeller på fasadene. Ut fra temperaturmålinger og en antatt endimensjonal varmestrøm gjennom fasadene, ble varmegjennomgangskoeffisienten til ulike bygningskomponenter beregnet. I en tidligere undersøkelse var det beregnet at avgitt effekt gjennom ytterveggene og dørene på Grong barneskole var -3 ganger høyere enn det som var planlagt under dimensjoneringen. Det ble mistenkt at årsaken var kuldebroer, stor overflateareal, lite isolasjon i gulvene og et høyt energiforbruk til pumper. Skolen ble planlagt med tanke på å oppnå et lavt energiforbruk. Elektrisitetsforbruket ble redusert gjennom lavt trykkfall i luftveiene. I tillegg er energibruken til vifter redusert ved at ventilasjonen i stor grad drives av oppdriftskrefter. Termograferingen tyder på at rammene i ytterdørene er betydelige kuldebroer. Beregninger viser at den installerte effekten for oppvarming av toalettene trolig ville vært tilstrekkelig dersom toalettene hadde vært uten kuldebroer og infiltrasjonen ikke hadde vært større enn normalt. På grunn av at varmetapet ble større enn beregnet, er det maksimale effektbehovet for oppvarming dobbelt så stort som installert effekt. En del av den tilførte effekten tapes til grunnen, på grunn av mangelfull isolering av gulv mot grunn. Når effektbehovet i tillegg økes på grunn av kuldebroer i hjørnene, blir toalettene ubehagelig kalde. Det anbefales at det bygges en svalgang rundt toalett-utbyggene for å redusere varmetapet fra ytterdørene i garderoben og toalettveggene. På avtrekksloftet ble det oppdaget infiltrasjon flere steder. Ved oppføring av lignende bygninger må man være mer nøye mer utførelsen av vindtettingen på avtrekksloftet. I tillegg må man prøve å unngå å få like mange hjørner. I hjørner vil det alltid bli økt fare for infiltrasjon. Siden kjelleren er oppvarmet, burde gulvet vært bedre isolert. Kjellergulvets effekttap til grunnen er høyt. Mulighetene for å etterisolere kjellergulvet innvendig bør undersøkes. Gulvene mot grunn på resten av skolen er også dårlig isolert, men det er vanskelig å utbedre etter at bygget er bygget. Klasserommene oppleves å være kalde deler av året. Særlig gjelder det klasserommene i enden av fløyene som har to yttervegger. Det foreslås at det gjøres en vurdering på muligheten for innvendig etterisolering av treveggene som er forblendt med tegl. Etterisolering bør vurderes opp mot muligheten for å installere ekstra radiatorer eller elektriske varmeovner. Målinger av det elektriske effektforbruket tyder på at pumpene til gulvvarmen og radiatorene går på tilnærmet maksimal effekt hele året. Derfor anbefales det å undersøke hvordan pumpene til radiatorene og gulvvarmen kan reguleres bedre, slik at det ikke brukes energi til drift av pumper i perioder med lavt oppvarmingsbehov. ii

9 Forord Denne rapporten er utarbeidet for Grong kommune for å kartlegge hvordan Grong barneskole kan oppgraderes for å redusere energiforbruket. I tillegg vil rapporten være nyttig for dem som planlegger lignende bygninger, for å unngå tilsvarende problemer med kuldebroer. Takk til professor Per Olaf Tjelflaat, som har vært tilgjengelig og gitt meg råd om hvordan jeg kunne gjøre et overslag for U-verdien på veggene, hjulpet meg med bakgrunnsmateriale fra tidligere undersøkelser av bygget, gitt meg bygningstegninger og kjørt med meg til Grong og assistert med fotografering av bygget. Takk til Arne Strøm hos Rambøll Norge AS, avdeling Trondheim, for hjelp til å analysere varmebildene og veiledning i bruk av termografi-kameraet. Takk til vaktmestrene Jens Thomassen og Jens Gaundal ved Grong barneskole som har vært hjelpsomme og gjestfrie ved mine besøk på skolen. Trondheim Audun Bull Kristiansen iii

10 Innledning Det er et økende fokus på lavenergihus og passivhus, noe som blant annet har resultert i en ny norsk standard NS3700 Kriterier for passivhus og lavenenergihus Boligbygninger som ble fastsatt i april 010. Men siden kun en liten del av bygningsmassen er nybygg, er det viktig å se på hvordan eksisterende bygg kan oppgraderes. I denne oppgaven skal varmetapet fra bygningskonstruksjonen på Grong barneskole studeres ved hjelp av termografi, temperaturmålinger og beregninger. Tidligere undersøkelser av Wachenfeldt(1) og Tjelflaat() har vist at energiforbruket ved skolen er adskillig høyere enn forventet. Det mistenkes at årsaken er kuldebroer, steder der varmegjennomgangen i ytterveggen er betydelig høyere enn ellers i veggen. For å undersøke hypotesen skal fasadene termograferes innvendig og utvendig for å finne overflatetemperaturene. Med utgangspunkt i overflatetemperaturene skal U-verdiene for de ulike delene av bygget beregnes overslagsmessig. Ved å sammenligne U-verdiene mot kravene i forskriftene da bygget ble bygget og mot dagens krav, vurderes standarden til bygningsdelene. Til slutt diskuteres det hvordan bygningen kan oppgraderes for å redusere energiforbruket og bedre komforten. Resultatene vil kunne hjelpe dem som planlegger lignende bygg, så de ikke gjør de samme bygningsmessige feilene. Hva er termografi? Ordet termografi er satt sammen av thermo (varme) og graphe (bilde). Et bilde tatt med et termografi-kamera kalles et varmebilde og viser temperaturfordelingen til overflaten som termograferes. Fargenes referanse til temperatur er ikke fast, men stilles av termograføren. Ved bruk av automatisk skala, som i figur 1, går skalaen fra høyeste til laveste registrerte temperatur. Her tilsvarer hvitt 6 C, mens svart tilsvarer 15 C. Alternativt stilles skalaen manuelt. Dersom skalaen hadde vært stilt manuelt fra 18- C ville hvitt tilsvart temperaturer fra C og høyere, mens svart ville tilsvart temperaturer fra 18 C og lavere. Datoen i 010 da bildet ble tatt og utetemperaturen ved termograferingen er angitt i parentes bak bildeteksten. Figur 1 Varmebildet viser at kald luft siver inn øverst på siden av bjelken. (17.03, 3 C) iv

11 Definisjoner bruksareal: Bruksareal(BRA) er det arealet av bruksenheter og felles deler som ligger innenfor omsluttende vegger.(3) bruttoareal: Bruttoareal(BTA) er areal av måleverdige deler begrenset av ytterveggs utside og til midt i eventuell vegg mot naboleilighet eller felles del.(3) dimensjonerende utetemperatur, DU, er stedets laveste gjennomsnittstemperatur over 3 døgn i løpet av en 30-års periode.(4) fuge: mellomrom eller forbindelse mellom deler, elementer eller komponenter i en konstruksjon. Brukes også som betegnelse på selve fugetetningen.(5) emissivitet/emisjonsfaktor: er et tall mellom 0 og 1 som angir utstrålt energimengde fra materialoverflaten i forhold til ustrålingen fra en ideell svart flate med samme temperatur.(6) ENØK: Forkortelse for Energi-økonomisering. ENØK innebærer at energien skal brukes i den form, mengde og til den tid som totalt sett er mest lønnsomt for samfunnet når alle fordeler og ulemper er veid mot hverandre. Det er ikke ønskelig å spare energi dersom det fører til dårligere arbeidsmiljø eller investeringen blir så stor at den ikke betaler seg tilbake på sikt.(7) EOS: Energi-overvåkning-system EPS: ekspandert polystyren(isolasjonsmateriale). grunnmur: se ringmur. kortsluttningsventilasjon: Kortslutningsventilasjon er et begrep som benyttes i de tilfeller der hele eller deler av tilluften går direkte ut i avtrekket. Kortsluttningsventilasjon fører til redusert tilførsel av frisk luft i oppholdssonen.(8) kuldebro: En kuldebro er en del av konstruksjonen der den ellers ensartede varmemotstanden endres betydelig, ofte på grunn av materialer med høyere varmekonduktivitet, for eksempel etasjeskillere av betong.(9) kuldebrobryter: En kuldebrobryter er et sjikt av varmeisolerende materiale som er lagt inn i en konstruksjon for å redusere virkningen av kuldebroen.(10) v

12 lavenergihus: I følge den nye norske standarden for lavenergihus og passivhus, NS 3700(11), er et lavenergihus et hus som har lavere varmetapstall enn angitt i tabellen under, beregnet etter NS Luftmengdene som skal benyttes i beregningene er gitt i Annex A i NS A fl er oppvarmet del av bruksareal(bra). Varmetapstall [W/ m K] Bolig der Bolig der Bolig der A fl < 100 m 100 < A fl < 50 m A fl > 50 m Lavenergihus 0,80 0,75 0,65 klasse 1 Lavenergihus 1,05 0,95 0,80 klasse Passivhus 0,60 0,55 0,50 I tillegg angir standarden minstekrav til U-verdier for bygningsdeler og krav til netto energibehov til oppvarming. Levert mengde fossil og elektrisk energi skal være mindre enn totalt netto energibehov fratrukket halvparten av energibehovet til varmtvann. nettoareal: Nettoareal er summen av arealene på de enkelte rom, målt på innsiden av rombegrensende bygningsdeler.(3) normalisert kuldebroverdi: samlet stasjonær varmestrøm fra kuldebroer dividert med oppvarmet del av BRA.(1) oppholdssonen: Normalt begrenses kravene til termisk komfort til en oppholdssone som vist i figuren. Oppholdssonen begrenses horisontalt av golvet og et plan 1,8 m over golvet. Vertikalt begrenses sonen av loddrette plan parallelle med rommets vegger, i en avstand på 0,6 m fra disse. (13) operativ temperatur: Den operative temperaturen er tilnærmet lik middelverdien mellom lufttemperaturen og middelstrålingstemperaturen, når lufthastigheten er under 0,4 m/s.(14) passivhus: Passivhus tar i bruk mest mulig passive tiltak for å redusere energibehovet, f.eks. ekstra varmeisolasjon, ekstra god tetthet og passiv utnyttelse av solvarme.(15) Se også under definisjonen av Lavenergihus. ppm: parts per million. ringmur: Ringmur har man når det er gulv mot grunnen, dvs. ikke kjeller. Ringmuren går rundt platen på mark og et stykke ned i grunnen for å ta opp eventuelle høydeforskjeller og være et fundament for ytterveggen. Grunnmur brukes om yttervegger i kjeller og kryperom. TEK: Teknisk forskrift til plan og bygningsloven. termisk komfort: Termisk komfort er en subjektiv følelse av å være tilfreds med de termiske omgivelsene. Vi ønsker det verken kaldere eller varmere, verken for kroppen som helhet eller for de enkelte kroppsdelene som for eksempel føtter eller nakke.(10) vi

13 termogram: et varmebilde som er lagret digitalt.(16) termografi: bestemmelse og gjengivelse av fordelingen av overflatetemperaturen ved å måle IR-strålingens tetthet fra en overflate, inkludert tolking av tilfeldige mekanismer som danner uregelmessigheter i varmebildene.(17) tilsynelatende strålingstemperatur: temperatur som er bestemt ut fra totalradiansen som er målt. Denne temperaturen er den ekvivalente temperaturen på et svart legeme som ville ha produsert den samme totalradiansen.(17) totalradians: Varmestrøm ved stråling dividert med den faste vinkelen i retning og projeksjonsflaten loddrett på denne retningen.(17) U-verdi: Varmegjennomgangskoeffisienten, U(W/m K), angir stasjonær varmestrømstetthet gjennom en konstruksjon dividert med temperaturforskjellen mellom luften på varm side og luften på kald side.(18) varmebilde: bilde som produseres av et målesystem for IR-stråling, og som gjengir fordelingen av den tilsynelatende strålingstemperaturen på en overflate.(17) varmeovergangsmotstand: U-verdien er den inverse av den totale varmeovergangsmotstanden. Den totale varmeovergangsmotstanden for en vegg er satt sammen av innvendig varmeovergangsmotstand, utvendig varmeovergangsmotstand og summen av varmeovergangsmotstandene for sjiktene i veggen. Den innvendige varmeovergangsmotstanden for en vegg beskriver netto varmeutveksling mellom veggen og rommet.(19) vii

14 Innhold SAMMENDRAG... II FORORD... III INNLEDNING... IV HVA ER TERMOGRAFI?... IV DEFINISJONER... V 1 TERMOGRAFERING AV BYGNINGER INNSTILLING AV EMISJONSFAKTOREN PROSEDYRE FOR TERMOGRAFERING... VANLIGE KILDER TIL VARMETAP I BYGNINGER KULDEBROER INFILTRASJON BEREGNING AV U-VERDI PÅ BAKGRUNN AV INNVENDIG VARMEOVERGANGSMOTSTAND VERDIEN AV DEN INNVENDIGE VARMEOVERGANGSMOTSTANDEN USIKKERHET I BEREGNING AV U-VERDI MEDIÅ BARNESKOLE PÅ GRONG BYGNINGSKONSTRUKSJONEN VED SKOLEN Ventilasjonssystemet Ytterveggene av tre i klasserommene Gulvet i klasserommene Toalettveggene Taket på toalettene TIDLIGERE UNDERSØKELSER AV ENERGIFORBRUKET VED SKOLEN Energibruk Ventilasjonssystemet Sensitivitetsanalyse U-verdiene for de ulike bygningsdelene Varmetap til grunnen Pumper og EOS Varmetap fra tilluft til kjellervegger EKSISTERENDE TILTAK FOR Å SPARE ENERGI I BYGGET KALIBRERING AV TERMOGRAFI-KAMERAETS TEMPERATURMÅLINGER TERMOGRAFERING AV GRONG BARNESKOLE TRYKKET I BYGGET VÆR OG TEMPERATURER UNDER TERMOGRAFERINGEN DØRENE TOALETTENE Toalett Toalett Toalett viii

15 7.5 LOFTET KJELLEREN U-verdien for kjellergulvet U-verdien for kjellerveggen KLASSEROMMENE U-verdien til gulv mot grunn VEGGSTOLPER I KLASSEROM RINGMUREN VURDERING AV EFFEKTBEHOVET FOR OPPVARMING AV TOALETTENE VARMETAPET FRA ET GULV MED GULVVARME BEREGNING AV DIMENSJONERENDE EFFEKTBEHOV HVA FØRER TIL ELEKTRISK EFFEKTBRUK UTENFOR DRIFTSTIDEN? HVA BURDE VÆRT GJORT ANNERLEDES HVIS ET TILSVARENDE BYGG SKULLE VÆRT BYGGET I DAG? UTVENDIG ISOLERING AV RINGMUREN MER ISOLASJON I GULV MOT GRUNN MER ISOLASJON I YTTERVEGGER HVORDAN KAN BYGNINGEN OPPGRADERES FOR Å REDUSERE VARMETAPET? REDUSERE ENERGIFORBRUKET TIL TEKNISK UTSTYR TETTING AV FUGER PÅ LOFTET SESONGISOLERING AV LOFTSVINDUER BYGGE EN SVALGANG RUNDT TOALETTET ETTERISOLERE TOALETTVEGGENE UTVENDIG INSTALLERE EN EKSTRA VARMEOVN PÅ HVERT AV TOALETTENE ETTERISOLERE RINGMUREN UTVENDIG ETTERISOLERE ELLER INSTALLERE EKSTRA OVNER I KLASSEROMMENE ETTERISOLERE GULVET I DISTRIBUSJONSKJELLEREN FOR VENTILASJONSLUFT KONKLUSJON REFERANSER... 8 VEDLEGG V1 TERMOGRAFI SOM METODE Hvordan beregner termografi-kameraet overflatetemperaturen? Hva beskriver emissiviteten? Refleksjon Avstand til overflaten Valg av palett Fordeler og ulemper med manuell skala V TERMOGRAFIKAMERAET THERMACAM TM E Utstyrets begrensninger Termografi-kameraets tekniske data Kalibrering av termografi-kameraets temperaturmåling V3 KORREKSJON AV MÅLT TEMPERATUR TIL DIMENSJONERENDE VERDI ix

16 1 Termografering av bygninger 1.1 Innstilling av emisjonsfaktoren Emisjonsfaktoren brukes av termografi-kameraet for å regne ut overflatetemperaturen ut fra strålingen som sendes ut fra overflaten. Derfor er det viktig å angi emisjonsfaktoren noenlunde korrekt for å få pålitelige temperaturmålinger. For bygningsmaterialer ligger emisjonsfaktoren stort sett mellom 0,85 og 0,95, noe som er vist i tabell Tabell Emisjonsdata for noen typiske bygningsmaterialer (0) Overflatemateriale Emisjonsfaktor Furu, høvlet, ubehandlet 0,83 Gipsplate, ubehandlet 0,90 Tapet, svakt mønstret, lys grå 0,85 Fasadetegl, rød 0,9 Puss, grå 0,9 Betong, tørr 0,95 Glass 0,86(1) Fordi variasjonene i emisjonsfaktoren er så små, er det vanlig å bruke en fast emisjonsfaktor på 0,90 ved termografering i bygninger.(0) Det ville vært tungvint å stille inn emisjonsfaktoren for hvert enkelt materiale. I tillegg er det som regel flere ulike materialer i samme bildet. Ulempen med å ikke stille inn emisjonsfaktoren nøyaktig, er at det blir større usikkerhet i temperaturmålingene. Betongen, med emissivitet 0,95, kan derfor teoretisk fremstå som rundt 4 grader varmere enn den egentlig er ut fra i ligning 1-3, når emissiviteten stilles til 0,90. Ligning 1-3 forutsetter at termografikameraet beregner overflatetemperaturen til 73 K ut fra ligning 1-, som er en omskrevet form av Stephan Bolzmanns lov i ligning 1-1. Q T T s s emittert T (ligning 1-1) Q 4 emittert 4 s (ligning 1-) 4 4 Ts 0,90 0,90 73K 0,90 0,95 69K (ligning 1-3) 4 4 0,95 0,95 Et praktisk forsøk der termografikameraets temperaturmålinger på en betongvegg ble sammenlignet når emissiviteten ble endret mellom 0,85 og 0,95, viste at temperaturforskjellen som følge av unøyaktig innstilt emisjonsfaktor var betydelig mindre enn teoretisk beregnet. Temperaturforskjellen ved en endring i emmisiviteten fra 0,90 til 0,95 var under 1 C(tabell 1.1.). Gjennomsnitts-temperaturen i tabell 1.1. er gjennomsnitts-verdien av to målinger. Hver av målingene ble utført med termografi-kameraet i average-modus, slik at den avleste temperaturen var gjennomsnitts-temperaturen innenfor et avgrenset område i varmebildet. Grunnen til at kameraet ble satt i average-modus var at usikkerheten i veggens temperatur blir mindre når den bygger på en gjennomsnittsmåling i forhold til en punktmåling. 1

17 Tabell 1.1. Temperaturmålinger som funksjon av emissivitet Emissivitet Gjennomsnittstemperatur 0,85 15,5 C 0,90 16,1 C 0,95 16,9 C 1. Prosedyre for termografering Termograferingen har blitt utført med utgangspunkt i prosedyren gitt i NS-EN Bygningers termiske egenskaper - Kvalitativ metode for å oppdage termiske uregelmessigheter i bygningers klimaskjermer - Infrarød metode (). Følgende punkter ble vektlagt: Konstruksjonstegningene skal studeres hvis de er tilgjengelige(3) Ved vurdering av isolering og kuldebroer skal det være minimum 10 graders temperaturforskjell mellom inne og ute i et halvt døgn før termograferingen foretas, siden det tar tid å endre temperaturen i tunge bygningsdeler med stor varmekapasitet. (4) Under termograferingen skal det være minimum 15 graders temperaturforskjell mellom inne og ute.(4) Lufttemperaturen bør være stabil både inne og ute. Temperaturen bør ikke variere med mer enn +/- C inne og +/- 5 C ute under termografering.(4) Under termograferingen bør vindhastigheten ikke overstige 6 m/s.(5) Informasjon om utetemperatur, skydekke, nedbør og vindforhold skal noteres.(6) Den maksimale og minimale utetemperaturen i døgnet før termograferingen begynte og under termograferingen skal noteres.(6) Innetemperaturen under termograferingen skal noteres.(6) Bygningens orientering med tanke på himmelretning skal noteres.(6) Bilder eller skisser av bygget skal dokumentere hvor varmebildene er tatt.(6) Trykkforskjellen mellom inne og ute bør være minst 5 Pa ved kontroll av infiltrasjon. (3) Under tolkningen av varmebildene er det viktig å være oppmerksom på at flere faktorer kan påvirke veggens temperatur: våte flater vil bli nedkjølt fordi de avgir varme til vann som fordamper. (7) sterk solinnstråling mot fasadene øker veggens temperatur. store temperaturvariasjoner over døgnet inne eller ute påvirker veggens temperatur i ettertid. ulik solinnstråling på veggene på grunn av vegetasjon eller bebyggelse kan føre til temperaturforskjeller på veggen.(7) rør til radiatorer og andre skjulte elementer kan gi lokal avkjøling eller oppvarming av veggen. luftet utvendig kledning gjør det vanskeligere å oppdage infiltrasjon, kuldebroer og isolasjonssvikt utenfra.(8)

18 Vanlige kilder til varmetap i bygninger Siden målet med oppgaven er å avsløre hvor varmen tapes fra bygget, presenteres to kilder til varmetap som kan avsløres ved termografi; kuldebroer og infiltrasjon..1 Kuldebroer En kuldebro er en del av bygningskonstruksjonen som har vesentlig lavere varmemotstand enn konstruksjonen for øvrig. Kuldebroer oppstår som regel fordi bæresystemet inneholder materialer med høy varmekonduktivitet, som betong og metall, som bryter isolasjonssjiktet. Konsekvensene av kuldebroer er at den innvendige overflatetemperaturen blir redusert. Brukerne av rommet vil ofte kompensere for kalde innvendige overflater ved å øke lufttemperaturen. En tommelfingerregel sier at energiforbruket øker med 6 % for hver grad økning av innetemperaturen.(9) Etter hvert som varmetapet fra fasadene i nye bygninger blir redusert som følge av økt isolasjonstykkelse og bedre tetthet, vil kuldebroene stå for en relativt større andel av varmetapet fra fasadene. Dersom faren for kuldebroer undervurderes under bygging kan energiforbruket bli adskillig høyere enn forventet. Et eksempel er Rockwool International sitt forskningssenter i Danmark, som ble superisolert med 0,45m glassull i veggene, 0,5 m i taket og 0,5 m i gulvet. Bygget hadde et forventet energiforbruk til oppvarming på 15 kwh/m per år, men endte opp med et energiforbruk til oppvarming på 51 kwh/m per år. Analyser viste at en viktig grunn til at oppvarmingsbehovet ble mer enn tre ganger høyere enn beregnet var at fundamentet, ventilasjonsrørene og vindusrammene var kuldebroer.(30-31) Noen vanlige kuldebroer i bygninger er(9): bindingsverk bærebjelker og søyler kaldtvannrør kabelføringer ventilasjonskanaler Samtidig som det er normalt å finne kuldebroer i hjørner og langs lister, er det ikke nødvendigvis en kuldebro selv om det er litt kaldere her enn på resten av veggen. På en kald dag kan innvendige hjørner være noen grader kaldere enn resten av veggen. Det er normalt, og skyldes ikke svikt i isolasjonen. Isoleringsfeil og infiltrasjon vil føre til kraftigere temperaturforskjeller. En av årsakene til at det er kaldere i hjørnene er at luftsirkulasjonen er dårligere her, slik at hjørnene ikke blir varmet opp av romluften i like stor grad som resten av veggen. Derfor er Rsi høyere i hjørnene enn sentralt på veggen(tabell 3.1). En annen årsak til at det er kaldere i hjørnene er at det utvendige overflatearealet er større enn det innvendige overflatearealet, noe som bidrar til å øke varmetapet fra hjørnene.(3) Kuldebroer kan føre til(33): økt varmetap lave overflatetemperaturer redusert komfort overflate- og støvkondens temperaturspenninger For å unngå kuldebroer fra betong, som har god varmeledning, legges det vanligvis inn en kuldebro-bryter av isolasjonsmateriale, som vist i figur

19 Ytterkledning Kuldebrobryter av isolasjon, minimum 100 mm Dekke av betong Figur.1.1 Eksempel på kuldebrobryter mellom ytterkledning og betongdekke.(34) Ligning -1 kan benyttes for å regne ut U-verdien til en bygningsdel inkludert U-verditillegg for kuldebroer: 1 U U0 i li (ligning -1) A U = U-verdi modifisert for kuldebroer [W/m K] U 0 U-verdi uten kuldebroer [W/m K] A = Areal av bygningsdel [m ] i kuldebroverdi [W/mK] li = omkretsen av kuldebroen [m] 1 Ul i l Normalisert kuldebrover i di[w/m K] A Normalisert kuldebroverdi skal ikke overstige 0,06 W/m K for skolebygg, der arealet angis som oppvarmet BRA.(35). Infiltrasjon Erfaringene viser at infiltrasjon og isoleringsfeil er utbredt. Dermed blir U-verdien til konstruksjonene ofte høyere i praksis enn i teorien. I over 90 % av tilfellene der det klages på isolasjonen fordi det er kaldt inne, er problemet egentlig infiltrasjon, selv i nyere bygninger.(36) Infiltrasjonen skyldes små glipper i skjøtene i konstruksjonen. Ved å bruke ventilasjonsanlegget eller en annen sterk vifte til å skape undertrykk i bygget, kan infiltrasjonen forsterkes slik at infiltrasjonen fremkommer tydeligere på varmebildene. Dersom det ikke er noen trykkforskjell mellom inne og ute, kan bygningen se perfekt ut på varmebildene, selv om det er mange utettheter.(36) Infiltrasjon blir synlig i varmebildene som kalde flammetunger som stikker ut fra lekkasjepunktet på innsiden av veggen hvis uteluften er kaldere enn inneluften. Derfor bør termograferingen foretas innvendig. Da unngår man samtidig feil i målingene som skyldes reflektert sollys fra fasaden. Ved måling av lufthastigheten i lekkasjepunktet, kan man ut fra trykkforskjellen vurdere om infiltrasjonen er så stor at den bør utbedres eller ikke.(36) 4

20 Noen typiske steder der det oppstår infiltrasjon er langs gulvlister, rundt vinduer, langs taklister, rundt ytterdører og ved gjennomføringer i ytterveggen.(37) Derfor er det viktig å sikre utvendig vindtetting gjennom klemte skjøter i vindsperren(figur..1). I enkelte tilfeller trenger luften gjennom vindsperren, men ikke gjennom dampsperren eller innerkledningen. Det kalles anblåsning(figur..). Ved anblåsning kjøler luften ned innerkledningen og går ut igjen et annet sted i vindsperren. Da er ikke luftgjennomstrømningen følbar fra innsiden av rommet, men den kan likevel oppdages med termografi siden veggen inne blir nedkjølt.(38) Vindsperre Ytterkledning Fare for infiltrasjon mellom ringmur og trevegg. Tettes med grunnmurspapp. Klemlist som sikrer at vindsperren er tett i endene Figur..1 Fare for infiltrasjon dersom vindsperren og grunnmurspappen ikke er ordentlig montert.(39) Gjennomblåsning Ytterkledning Vindsperre Anblåsning Dampsperre Gjennomblåsning Figur.. Infiltrasjon(gjennomblåsning) og anblåsning(40) 5

21 3 Beregning av U-verdi på bakgrunn av innvendig varmeovergangsmotstand Siden et av målene med oppgaven er å vurdere varmemotstanden for de ulike delene av bygget, beregnes bygningsdelenes U-verdi og sammenlignes mot kravene i dagens byggeforskrifter og byggeforskriftene fra 1987 som bygget ble planlagt ut fra. For å gjøre et overslag over U-verdien på bakgrunn av temperaturmålingene fra termografi-kameraet benyttes ligning 3-1. Tinne Tsi U (41) (ligning 3-1) R ( T T ) si inne su U er varmegjennomgangskoeffisienten [W/m K] Tinne er innendørs lufttemperatur [K] T er innendørs overflatetemperatur [K] si Rsi er innvendig varmeovergangsmotstand gitt av tabell 3.1[m K/W] T su er utendørs veggtemperatur [K] Formelen bygger på antagelsen om at effekten som avgis fra inneluften til innerveggen er den samme som effekten som ledes gjennom veggen. Forutsetningen for at det er riktig, er at det er endimensjonal varmestrøm, noe som er en rimelig antagelse ettersom varmestrømmen i hovedsak er innenfra og ut. Utendørs veggtemperatur settes tilnærmet lik lufttemperaturen ute når utetemperaturen er stabil. Temperaturstigning gjennom veggen Ytterkledning Vindsperre Isolasjon Dampsperre Innvendig kledning Figur 3.1 Eksempel på temperaturfordelingen gjennom en vegg. Tabell 3.1 Omtrentlige verdier for innvendig overgangsmotstand Rsi(9, 41-4) Lokalisering R si [m K/W] Sentralt på større overflater: - varmestrøm oppover - varmestrøm horisontalt - varmestrøm nedover 0,10 0,13 0,17 På vindusglass og rammer 0,13 I todimensjonalt hjørne 0,0 I tredimensjonalt hjørne 0,5 6

22 3.1 Verdien av den innvendige varmeovergangsmotstanden Den nøyaktige verdien for den innvendige varmeovergangsmotstanden, Rsi, er ukjent. Verdiene i tabell 3.1 for Rsi sentralt på større flater er oppgitt av Geving til bruk i beregninger etter ligning 3-1.(41) Samme verdier for Rsi gjengis i NS-EN ISO 6946 Bygningskomponenter og -elementer. Varmemotstand og varmegjennomgang. Beregningsmetode.(4) Byggforsks anbefalte verdier for Rsi for bruk i beregning av overflatetemperatur etter ligning 3-1 er gjengitt i tabell 3.. Byggforsk sine verdier virker å være mer generelle, ettersom de ikke tar hensyn til varmestrømmens retning eller skiller mellom hjørner og sentral på større flater. Samtidig påpekes det i Byggforskblad at Den innvendige varmeovergangsmotstanden er i praksis svært ofte langt høyere enn de varmeovergangsmotstandene som benyttes i energiberegninger basert på konstruksjonens materialegenskaper. (9) Ut fra dette utsagnet og de anbefalte verdiene i tabell 3., virker det som om erfaringene til Byggforsk tilsier at verdiene for Rsi er høyere enn det som er angitt i tabell 3.1. For å kunne få med i beregningene at Rsi er avhengig av varmestrømmens retning og er høyere i hjørner enn sentralt på større flater, benyttes verdiene fra tabell 3.1 i beregningene. Samtidig tas det høyde for at verdiene for Rsi i virkeligheten kan være høyere ved å legge inn en usikkerhet på 0,10. Tabell 3. Anbefalte verdier for R si ved beregning av U-verdi på bakgrunn av temperaturmålinger.(9) Flate R si [m K/W] Glass 0,13 Øvre halvdel av rom 0,5 Nedre halvdel av rom 0,35 Skjermet av møbler og lignende 0,50 7

23 4 Usikkerhet i beregning av U-verdi For å kunne vurdere standarden for varmemotstanden til en bygningsdel på bakgrunn av den beregnede U-verdien, er det ønskelig å anslå usikkerheten i U-verdien. U-verdien er en funksjon av flere målte eller beregnede variabler(ligning 4-1). U f( Tinne, Tute, Tsi, Rsi ) (ligning 4-1) Usikkerheten i U-verdien blir en funksjon av usikkerheten i de enkelte variablene i funksjonen for U. Det forutsettes at usikkerheten i enkeltmålingene er uavhengig av hverandre. Det stemmer ikke dersom flere av temperaturene er målt med samme sensor. I tillegg til termografikameraet, er det benyttet et CIE 305 termometer. Termometeret har mulighet for å koble til flere sensorer. I forsøkene har det blitt benyttet en røykgasstemperaturføler for måling av lufttemperatur og en overflate-temperaturføler for måling av overflatetemperatur. I de fleste forsøkene er hver av temperaturene beregnet med ulike sensorer, og målingene regnes derfor som uavhengige. Ved innsetting av utrykket for U fra ligning 3-1 i ligning 4- fås den resulterende feilen U i ligning 4-3. si U U T inne T su T inne T su U U U T si R si T R si (ligning 4-) (43) ( Tsi T ) su Tinne T si T inne T su Rsi ( Tinne Tsu ) Rsi ( Tinne Tsu ) U 1 ( T T) T R si R T T R T T si i si si ( inne su ) si ( inne su ) (ligning 4-3) På grunn av usikkerheten i R si, vil resultatene i beregning av U-verdi fra ligning 3-1 bare gi et omtrentlig resultat, selv om alle temperaturene måles nøyaktig.(9) 8

24 5 Mediå barneskole på Grong Skolen ble bygget i Målet var å redusere forbruket av elektrisk energi. Det forventede målte årlige energiforbruket var på rundt 70 kwh/m, mens det endte med å bli på rundt 00 kwh/ m.(44) Figur 5.1 Skisse av 1.etasje. Toalettene i utbyggene er farget lyseblå på tegningen. Figur 5. Bilde av skolen med de hvite toalett-utbyggene. 5.1 Bygningskonstruksjonen ved skolen I beskrivelsen av oppbygningen er det tatt utgangspunkt i at skolen ble bygget slik som tilgjengelige arkitektstegninger og anbudsdokumenter oppgir. I følge professor Per Olaf Tjelflaat(45), som designet ventilasjonsanlegget, ble ikke arkitekttegningene fulgt nøyaktig under bygging, noe som trolig førte til flere kuldebroer. Det var ikke mulig å komme i kontakt med de som utførte snekkerarbeidet, siden firmaet var gått konkurs Ventilasjonssystemet Målet ved designet av skolebygningen var å skape et godt inneklima og samtidig holde et lavt energiforbruk. Bygget har hydrid ventilasjon, noe som betyr at så lenge vind og oppdriftskrefter gir tilstrekkelig drivtrykk er vifter avslått. Energiforbruket er redusert som følge av behovsstyrt ventilasjon og energiovervåkning-system(eos). 9

25 Avtrekkstårn Avtrekksloft for ventilasjonsluft Distribusjonskjeller for ventilasjonsluft Inntakskulvert Inntakstårn Figur Skisse av ventilasjonsluftens bevegelse gjennom skolen.(46) Energiforbruket til kjøling og oppvarming av ventilasjonsluft blir redusert ved at inntaksluften avgir eller tar opp varme fra betongveggene i inntakskulverten(figur 5.1.1). Inntakskulverten har stor termisk masse for å holde en jevn tilluftstemperatur. Kulverten har en bredde på 1,5 meter og en høyde på meter. Lengden er ca. 15 m og gulvarealet er ca.,5 m.(47) Veggene er bygget opp av 15 cm betong isolert med 5 cm EPS. Distribusjonskjelleren for ventilasjonsluft har en bredde på, meter, høyde på meter og et gulvareal på ca. 147 m. Gulvet er bygget opp av 10 cm betong og har ingen isolasjon.(48-49) Gulvarealet på avtrekksloftet er 147 m, det samme som gulvarealet i distribusjonskjelleren.(47) For å gjenvinne noe av varmen fra avtrekksluften i perioder med oppvarmingsbehov, er det montert en væskekoblet gjenvinner. Varmevekslerne for gjenvinneren sitter i avtrekkstårnet og ved inntaket for ventilasjonsluft til distribusjonskjelleren. I tillegg er det montert et varmebatteri som sørger for ekstra oppvarming av ventilasjonsluften dersom ikke varmen fra gjenvinneren er tilstrekkelig. CO - og temperatursensorer sørger for behovsstyrt ventilasjon. Settpunktet for CO er 800 ppm.(50) Når verdiene er innenfor settpunktene slås viftene av, slik at ventilasjonen kun drives av vind og oppdriftskrefter Ytterveggene av tre i klasserommene I klasserommene er det limtresøyler med dim. 140x50mm og lengde,m som støtter limtredragerne som bærer taket. Ytterveggene av tre i klasserommene har utvendig luftet kledning. Innenfor kledningen er det en 1mm tykk utvendig gipsplate. Som bindeverk for kledningen er det 48x98mm trestendere. Veggene er isolert med 100mm Rockwool A-plater. Deretter er det innvendige utforinger av tre på 48x48mm som er isolert med 50mm mineralullmatter. Innvendig er det en gipsplate på 1mm. Ringmuren er isolert mot grunnen på innsiden og under med 5 cm EPS.(figur 5.1.) Ringmurs-isolasjonen er forlenget horisontalt 1 m ut fra bygget.(51-55) Figur 5.1. Arkitekttegning av ringmur og overgang mellom ringmur og yttervegg. (51) Mellom treveggen og ringmuren er det er bunnsvill på 48x148mm på laftevatt og grunnmurspapp. Mellom ringmuren og gulvet av betong er det en kuldebrobryter på kun,5 10

26 cm isolasjon(figur 5.1.). Det gjør det sannsynlig at det blir et varmetap ut i ringmuren fra gulvet.(51) Gulvet i klasserommene Mens taket og veggene er relativt godt isolert er gulvet bare isolert med 5 cm EPS. Ellers består gulvet mot grunn av et betonglag på 10 cm og et gulvbelegg av PVC på 3mm.(49, 56) Toalettveggene Toalettveggene er i følge anbudsdokumentene bygget opp av 5 cm Leca-isoblokk.(57) Arkitekten Kåre Herstad mener imidlertid at det ble benyttet 30 cm Leca-isoblokk med murpuss på begge sider.(58) En 30 cm Leca-isoblokk kan i følge dokumentasjonen oppnå en U-verdi på 0,1 W/m K. Det forutsetter imidlertid riktig utførelse med bruk av laftevatt i fugene. Uten laftevatt og det anbefalte murmørtelet vil U-verdien i beste fall bli 0,8 W/m K, noe som i følge tabell 5..3 akkurat tilfredsstiller kravet i TEK1987. (59). Men siden Lecabetongen i utgangspunktet er luftåpen, er det fare for at U-verdien kan bli høyere som følge av infiltrasjon, dersom ikke porene i betongen tettes ordentlig med puss eller mørtel. Figur Leca iso-blokk(60) Taket på toalettene Taket er bygget opp med Rockwool Takfall på flate dekker av bærende stålplater. Deretter er det lagt 150 mm Rockwool Underlagsplate Pluss og 50 mm Rockwool Takplate Pluss dekket med armert PVC-folie på 1, mm.(61) 5. Tidligere undersøkelser av energiforbruket ved skolen Bjørn Jenssen Wachenfeldt leverte i 003 en doktoravhandling med tittelen Natural Ventilation in Buildings Detailed Prediction of Energy Performance (1). I doktoravhandlingen laget han en modell som simulerte energibruken på Grong barneskole. Modellen ble laget i energiberegningsprogrammet ESP-r og inneholdt blant annet varmeoverføring, intern luftstrøm og vannbårent oppvarmingssystem.(6) Et av hovedfunnene var at kuldebroer økte varmebehovet fra det vannbårne varmesystemet med hele 40 %, sammenlignet merd tilsvarende bygg uten kuldebroer. Kuldebroene ble funnet langs gulvlistene og taklistene, i hjørnene, ved stendere og i reisverket i veggene.(63) Det er mistenkt infiltrasjon fra ytterdørene, selv om de er stengt. I tillegg er det mistenk en liten infiltrasjon mellom betongsålen og tømmerveggen, noe som fort kan være tilfelle dersom det ikke er tettet med grunnmurspapp(figur..1). Infiltrasjon i bygget som helhet ved 50 Pa trykkdifferanse er overslagsmessig beregnet til å være rundt 0,83h -1.(64) Det er godt innenfor kravet i TEK007, som sier at lufttettheten skal være mindre enn 1,5 h

27 4 % av ytterveggene mot nord i klasserommene består av vinduer(figur 5.1), noe som reduserer veggens gjennomsnittlige samlede U-verdi.(65) 5..1 Energibruk Energiforbruket ved skolen ble målt fra mars til mai og fra september til desember i 00. Resultatene er gjengitt i figur Det er forventet av det vannbårne varmesystemet står for en enda større andel av energiforbruket i de kaldeste månedene i året. Figur 5..1 Målt energibruk ved Grong barneskole(66) Energiforbruket pr. m er høyest på toalettene og garderobeområdene som stikker ut fra resten av bygget og derfor har stor yttervegg-overflate. (67) Det er et generelt problem ved designet av bygget at overflatearealet av ytterveggene er stort i forhold til volumet av bygget. I tillegg øker den komplekse geometrier sjansen for at det oppstår kuldebroer.(68) Selv om dagslystilgangen i bygget er god, viser undersøkelsene at energiforbruket til lys ikke er redusert så mye som man hadde håpet på, fordi lyset stort sett blir slått på ved starten av skoledagen og slått av på slutten av dagen(68-69) Det er også antatt at åpning av ytterdører og vinduer fører til økt energibruk.(56) 5.. Ventilasjonssystemet En positiv oppdagelsen var at det naturlige ventilasjonssystemet førte til at varmebehovet for ventilasjonsluft ble redusert med 6 % i forhold til om skolen hadde hatt mekanisk CAVventilasjon.(70) Wachenfeldts simuleringer viser at over 50 % av energibehovet til oppvarming av ventilasjonsluft blir dekket gjennom varmegjenvinning i mai og september, siden avtrekksluften tar opp varme fra solen i avtrekkskammeret. I de kaldere vintermånedene er effektiviteten imidlertid lav, siden gjenvinneren er slått av om natten og avtrekkskammeret for ventilasjonsluften nedkjøles som følge av kontakt med det kalde vindusglasset på avtrekksloftet.(56) Det er beregnet av den gjennomsnittlige virkningsgraden til varmegjenvinneren kun er 36 % når den ikke går om natten og energibruken til pumper neglisjeres. Det er lavt, med tanke på at moderne roterende varmegjenvinnere har en årsvarmevirkningsgrad på rundt 70 %.(71) Totalt sett står oppvarmingen av ventilasjonsluft for 6 % av energiforbruket i simuleringsperioden.(67) 1

28 Mangelfull informasjon om vindforholdene førte til at ventilasjonssystemet i hovedsak ble basert på termisk oppdrift.(68) Ved bedre overvåkning av luftstrømmen gjennom ventilasjonsanlegget og samkjøring med bygningens energioppfølgingssystem kunne energibruken til ventilasjon ha vært redusert. Problemet er at tradisjonelt overvåkningsutstyr for ventilasjonssystemer er beregnet for større trykkdifferanser og lufthastigheter.(7) Hvis EOS-systemet kunne utnyttet at oppdriftskreftene er sterkere om vinteren enn om våren på grunn av økt temperaturforskjell mellom inne og ute, kunne det blitt mindre forskjell i den tilførte luftmengden om natten over året.(73) 5..3 Sensitivitetsanalyse Wachenfeldts sensitivitetsanalyse(tabell 5..1) viste at det var mulig å redusere energiforbruket ved skolen med 10 % dersom ventilasjonen ble slått av utenom skoletiden. Likevel anbefalte ikke Wachenfeldt å slå av ventilasjonen om natten, av fare for at det kunne føre til dårlig luftkvalitet i bygget. Dårlig styring fører også til økt energiforbruk til varmebatteriet for ventilasjonsluften. Hvis varmebatteriet og gulvvarmen hadde vært bedre regulert, kunne energiforbruket vært redusert med 5,5 %. Wachenfeldt viste at et enkelt tiltak som å slå på varmegjenvinneren om natten, kunne redusert energiforbruket med 4, %. Varmegjenvinneren er nå på om natten.(74) Simuleringen som beregner at energiforbruket kunne vært redusert med 9,4 % dersom isolasjonstykkelsen i gulvene hadde vært økt fra 5 til 15 cm, bekrefter at gulvene burde vært bedre isolert. Tabell 5..1 Sensitivitetsanalyse fra 9-17 november 00 over alternative systemer som reduserer energiforbruket(70) Tiltak Ventilasjonen slås av fra på hverdagene og hele helgen 10 % Ideell styring av gulvvarmen og oppvarmingen av ventilasjonsluften 5,5 % Varmegjenvinneren slås på om natten 4, % Øke isolasjonstykkelsen i gulvene på skolen, i kjellergulvet og kjellerveggene fra 5 til 15 cm Reduksjon i energibehovet 9,4 % 5..4 U-verdiene for de ulike bygningsdelene Dersom isolasjonstykkelsen i modellen ble redusert med 70 % i veggene, taket og dørene stemte det målte varmetapet godt med det beregnede varmetapet. Ved å beregne bygningsdelenes U-verdi ut fra en redusere isolasjonstykkelse anslo Wachenfeldt de faktiske U-verdiene inkludert kuldebroer. De beregnede U-verdiene inkludert kuldebroer, som er gjengitt i tabell 5.., tilfredsstiller på ingen måte byggeforskriftene. Det kunne lett ha vært kontrollert ut ligning -1 før byggefasen, siden Byggforskblad angir kuldebroverdier for typiske bygningskonstruksjoner. En slik beregning gjort at Wachenfeldt viser at U-verdien for ytterveggen blir rundt 0,45 W/m K.(75) Det samsvarer godt med den anslåtte U-verdiene for yttervegg i tabell 5.., som Wachenfeldt har beregnet ut fra byggets energiforbruk. 13

29 Omkretsen av alle hjørnene, endene og koblingene mellom indre og ytre vegger er 740 m. Omkretsen av alle vinduene er 780 m. Totalt er det 1,5 km der det er fare for kuldebroer.(30) Tabell 5.. Gjennomsnittlige beregnede U-verdier i W/m K for ulike bygningsdeler(65) U-verdi uten kuldebroer U-verdi med kuldebroer* Yttervegg klasserom, tre 0,19 0,5 Yttervegg klasserom, murstein 0,19 0,50 Yttervegg WC 0,7 0,6 Tak 0,19 0,50 Ytterdører 0,66 1,73 * forutsatt at isolasjonstykkelsen reduseres med 70 % som i modellen. Bygningen ble reist i 1998, men ble designet etter byggeforskriften fra Selv om U- verdiene uten kuldebroer ville ligget godt under minstekravet i byggeforskriftene fra 1987(tabell 5..3), endte de opp med å ligge godt over kravet, ettersom de ble -3 ganger høyere enn antatt. Tabell 5..3 Krav til U-verdier i W/m K i byggeforskriftene fra 1987, 1997 og 007(76-78) Vindu,4 1,6 1, Dør,0 1,6 1, Yttervegg 0,30 0, 0,18 Tak 0,0 0,15 0,13 Gulv mot grunn 0,30 0,15 0, Varmetap til grunnen Gulvet er et svakt punkt og bygget taper mye varme til grunnen. Et grovt overslag anslår at varmetapet til grunnen er i størrelsesordenen 80 kwh/m år.(44) Det er mye, med tanke på at skolens totale årlige energiforbruk er på litt under 00 kwh/m år.(44) Varmetapet er ekstra stort i garderobene, toalettene og det ene klasserommet som har vannbåren oppvarming nedlagt i betonglaget.(56) Målinger viser at gulvtemperaturen ligger på rundt 0 C i gjennomsnitt, men det er opptil 3 C forskjell mellom de sentrale delene av gulvet og 0, m fra veggen.(79) 5..6 Pumper og EOS Det er mistanke om at det er et høyt energibruk til de tre pumpene i varmesystemet.(80). Tabell 5..4 viser hvilke pumper og vifter som er installert på skolen. Tabell 5..4 Effektforbruket til pumper og vifter(80) Maks Kommentar effekt Sirkulasjonspumpe for gulvvarme 1100W Frekvensstyrt Sirkulasjonspumpe for radiatorkrets 50W hastighetsnivåer Pumpe for varmegjenvinner 45W 3 hastighetsnivåer Pumpe til vannbåren varme for oppvarming av 50W hastighetsnivåer ventilasjonsluft Tilluftsvifte 750W Frekvensstyrt Avtrekksvifte 750W Frekvensstyrt Toalettvifter 500W En hastighet Totalt 3845W 14

30 Effektforbruket til sirkulasjonspumpen for gulvvarme er svært høyt i forhold til effektforbruket til sirkulasjonspumpen for radiatorkretsen. Dersom det er nødvendig med så stort effektforbruk for å få tilstrekkelig sirkulasjon gjennom rørene, burde det vært brukt en større dimensjon på rørene til gulvvarmen. Energiforbruket til pumper og EOS er overslagsmessig beregnet til å være rundt 4 kwh/m år.(44) Siden skolen har et gulvareal på 1000 m i 1.etasje, tilsvarer det et gjennomsnittlig effektforbruk på,7 kw.(81) Det tyder på at EOS-systemet har et gjennomsnittlig effektforbruk på over 800 W, med tanke på at maksimalt effektforbruk for pumpene er på 1845 W. Wachenfeldt har målt det elektriske effektforbruket ved skolen fra 9-17 november 00 til å være rundt 3 kw om natten. Han skriver at alle pumpene unntatt sirkulasjonspumpen til varmegjenvinneren går hele tiden.(8) En annen måling som ble gjort av Tjelflaat i februar 001 viste at elektriske effektforbruket var 3,5 kw utenfor driftstiden.(83) All belysning og alle ventilasjonsvifter skal ha vært avslått på dette tidspunktet. Wachenfeldt skriver at målinger han har gjort om sommeren viser at pumpen til gulvvarme går på tilnærmet maks effekt hele tiden, med et effektforbruk på 1,1 kw(tabell 5..4). Sirkulasjonspumpene til radiatorene og varmegjenvinneren er slått av i denne perioden.(84) Utenom driftstiden har Wachenfeldt målt det elektriske effektforbruket til rundt 1,5- kw i en 8-dagers periode i juni.(84) Siden ventilasjonsviftene trolig går på lav effekt utenom driftstiden, blir effektforbruket til EOS maksimalt 0,4-0,9 kw i denne perioden Varmetap fra tilluft til kjellervegger Varmetapet fra tilluften til veggene i distribusjons-kjelleren er relativt stabilt på rundt 1kW, med et maksimum på kw. Effekttapet er imidlertid større hvis man legger til varmetapet som følge av konduksjon gjennom taket fra gangen på skolen.(85) 5.3 Eksisterende tiltak for å spare energi i bygget Barna på skolen bruker innesko slik at forurensinger i minst mulig grad tilføres bygget. Det er brukt lavemitterende materialer, slik at nødvendig tilført luftmengde er redusert.(86) Det brukes energisparende belysning.(87) I tillegg var det planlagt å redusere energiforbruket til belysning gjennom lysstyring, siden klasserommene har rik tilgang på dagslys. Lysstyringssystem ble imidlertid for dyrt i investering. 15

31 6 Kalibrering av termografi-kameraets temperaturmålinger For å undersøke nøyaktigheten til termografikameraet ble overflatetemperaturen til en kopp fylt med vann kontrollert mot målingene fra et kontakttermometer. Målingene ble sammenlignet mot vannets temperatur som ble målt med et kvikksølvtermometer. Koppen ble påført svart tape med kjent emissivitet 0,97(figur 6.1). Figur 6.1 Kontroll av kameraets temperaturmåling mot overflate med kjent temperatur. Resultatene fra målingene er gjengitt i figur 6.1 og i tabell 1 i kapittel V i vedlegget. Årsaken til at det er ønskelig å finne en sammenheng mellom kameraets temperaturturmåling og andre temperaturmålere, er at det er ønskelig å ha mist mulig feil i temperaturmålingene ved beregningen av U-verdier. 5 0 Temperatur[grader celsius] Kvikksølvtermometer Kontakttermometer Average-temperatur termokamera Figur 6. Måling nr Kalibrering av termografi-kameraets temperaturmålinger 16

32 Kvikksølvtermometeret fikk stå flere minutter i vannet i forkant av hver temperaturmåling, slik at termometerets avleste temperatur og koppens overflatetemperatur skulle stabilisere seg. Temperaturen til væsken og overflatetemperaturen til koppen antas derfor å være lik under målingene. Resultatene i figur 6. viser at kontakttermometeret viser for høye temperaturer. Siden feilen synker mot null når overflatetemperaturen er lik romtemperaturen på rundt 1 C, tyder det på at kontakttermometerets temperatursensor ikke er isolert godt nok, slik at den påvirkes av lufttemperaturen. Det virker sannsynlig ut fra utformingen av sensoren, som er en metalltråd mot går rundt staven på temperaturmåleren(bildet til høyre). Derfor avtar kontakttermometerets nøyaktighet etter hvert som forskjellen mellom lufttemperaturen og overflatetemperaturen øker. Termografi-kameraet viser gjennomgående noe lavere temperatur enn kvikksølvtermometeret. Det skyldes trolig at kameraet ikke er kalibrert siden 003. I lappen som står under batteriet i kameraet opplyses det opp at kameraet skulle vært kalibrert i 004, så det virker som kameraet helst skulle vært kalibrert årlig. Det var rimelig å forvente av overflatetemperaturen til koppen var lik eller høyere enn vanntemperaturen, siden strålingsutveksling med rommet og varmeledning fra romluften til koppen kunne ført til at overflatetemperaturen var noe høyere enn væsketemperaturen. Siden termografi-kameraet viser lavere temperatur enn vanntemperaturen, viser kameraet for lav temperatur. Et annet forsøk for å sammenligne målingene med kontakttermometeret og termografikameraet ble gjort utendørs to ulike dager. Resultatene er vist i tabell 6.1. Tabell 6.1 Sammenligning mellom temperaturålingene fra kontakttermometeret og termografikameraet Materiale Måling Nummer Lufttemperatur Kontakttermometer Averagetemperatur termokamera Mur 1 3,3 3,3 0,3 Mur 6,3 10,3 8,4 Tre 3 3,3,0 1,1 Tre 4 6,3 5,8 3,8 Kontakttermometeret viser nå trolig riktig veggtemperatur, siden feilkilden som skyldtes stort avvik mellom lufttemperatur og veggtemperatur er borte. Veggtemperaturen ute burde være høyere eller lik lufttemperaturen, med mindre raske endringer i utetemperaturen har gjort at veggen på grunn av sin store varmekapasitet ikke har tilpasset seg utetemperaturen. På de tidspunktene målingene ble tatt midt på dagen i skyggen var lufttemperaturen stabil, slik at veggtemperaturen burde ligget nær lufttemperaturen. Sammen med resultatene fra figur 6. indikerer det at termografi-kameraet viser for lav temperatur. Det er tydelig ut fra resultatene i tabell 6.1 at termografi-kameraet viser gjennomgående lavere temperaturer enn kontakttermometeret. 17